特殊地质条件下公路边坡防护技术_周冲.pdf

-109-特殊地质条件下公路边坡防护技术周 冲，方正直（中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610037）摘要：为改善煤矸石边坡的植被生长环境，提高边坡抗冲刷能力，对强风化煤矸石采用微生物和固化处理方式进行改良。结果显示：采用复合微生物菌液+纯丙乳液固化剂的改善效果明显优于复合微生物菌液+苯丙乳液固化剂，相比原状边坡，植被长势情况得到明显改善，边坡抗冲刷能力提升 50%以上；高分子固化剂配制过程中需掺入一定量的消泡剂和成膜助剂；在挂网施工结束后需要对坡面多次补喷高分子固化剂，才能使边坡施工防护效果达到最佳。关键词：煤矸石；边坡防护；复合微生物菌液；高分子固化剂；抗冲刷能力中图分类号：U417.1 文献标识码：BHighway slope protection technology under special geological conditionsZHOU Chong,FANG Zhengzhi（Sinohydro Bureau 10 Co.,Ltd.,Sichuan Chengdu 610037 China）Abstract:In order to improve the vegetation growth environment of coal gangue slope and improve the anti scouring ability of slope,the strongly weathered coal gangue is improved by microbial and solidification treatment.The results showed that the improvement effect was obvious when the compound microbial solution+pure acrylic lotion curing agent was used.Compared with the undisturbed slope,the vegetation growth was significantly improved and the anti scouring ability of the slope was increased by more than 50%.A certain amount of defoamer and film-forming additives should be added in the preparation of polymer curing agent.After the net hanging construction,it is necessary to spray polymer curing agent on the slope for many times,so as to achieve the best protection effect of slope construction.Key words:coal gangue;slope protection;compound microbial liquid;polymer curing agent;erosion resistance1 工程概况渝蓉高速全长 253.56 km，设计时速为 120 km/h，双向六车道，路基宽度为 33.5 m。工程区多年平均气温为 13.4，多年平均降雨量为 1 020 mm，平均湿度为 74%，平均风速为 3.7 m/s，抗震设防烈度（地震基本烈度）为 7 度。在某路堑边坡施工段（长度约为460 m），揭露岩层为强风化煤矸石特殊地层，以碎裂和层次结构为主，岩体完整性差，强度低（抗压强度仅为 0.46 MPa），遇水易崩解（1 次干湿循环后崩解率为 35%，3 次干湿循环后崩解率达到 100%），pH为6.46.8，呈弱酸性，主要元素为铝、硫、镁等，同时还含有铜、锌、镉等重金属，缺少氮、磷、钾等营养物质，植物在煤矸石边坡上难以生存1-2，因而很难直接采取生态防护措施进行加固。2 试验概况2.1 试验原材料（1）煤矸石：取自工程现场原状土。（2）微生物：复合微生物菌剂，有效活菌数 2 亿个/mL，杂菌率 10%，作用 24 h 后，可将 pH 值提升至 7.3，作用 30 d 后，可将铜、锌、镉等重金属降解 56.5%、50.7%和 19.6%。（3）高分子固化剂：包括纯丙乳液和苯丙乳液两种，最佳聚灰比均为 1.2，黏度分别为 46 MPas 和 47 MPas，黏结强度 2.05 MPa 和1.94 MPa；纯丙乳液高分子固化剂作用 30 d 后煤矸石吸水率为 0.4%，苯丙乳液高分子固化剂作用 30 d后煤矸石吸水率为 0.71%。2.2 试验方案（1）进 行 模 型 箱 种 植 试 验。（2）进 行 抗冲刷性能试验。试验参数见表 1。试验箱尺寸为1.2 m1.2 m1.2 m，煤矸石原状土进行 3 种方式处理：方式 1 为不进行微生物和固化处理；方式 2 为进行微生物和苯丙乳液固化处理；方式 3 为进行微生物和纯丙乳液固化处理。每种方式下复合微生物菌剂的用量为500 g，复合微生物菌剂与水的稀释比为13，高分子固化剂的聚灰比为 1.2，同时需掺入 1%（固收稿日期：2022-05-18作者简介：周冲（1989），男，四川成都人，工程师。周 冲，方正直：特殊地质条件下公路边坡防护技术-110-化剂+水泥）总质量的消泡剂，（固化剂+水）总质量的 3%的成膜助剂进行改良。表 1 试验方案试验类型改良方式微生物/g微生物稀释比 固化剂类型 聚灰比植被类型降雨强度/（Lh-1）种植试验1-混合草种-25001 3苯丙乳液1.2混合草种-35001 3纯丙乳液1.2混合草种-抗冲刷试验1-200、300、40025001 3苯丙乳液1.2-200、300、40035001 3纯丙乳液1.2-200、300、400（1）模型箱种植试验：植被类型为高羊茅20%+狗牙根 30%+黄花槐 15%+紫穗槐 15%+多花木兰 20%等 5 种混合草种。（2）抗冲刷性能试验：对3种处理方式下的煤矸石土进行降雨冲刷试验，降雨强度设定为 200 L/h、300 L/h 和 400 L/h 三种，每种降雨强度下的历时均为 3 min。3 试验结果分析3.1 模型箱种植试验结果不同改良方式下播种 90 d 后的植被生长情况统计见图 1。051015202530高羊茅狗牙根黄花槐紫穗槐多花木兰方式 1植被平均高度/cm高羊茅紫穗槐多花 木兰狗牙根黄花槐方式 2方式 3302520151050图 1 不用处理方式植被平均高度从图 1 可知，当不对煤矸石边坡进行微生物和固化改良（方式 1）时，高羊茅的长势最好，其次为狗牙根和多花木兰，最差的为紫穗槐和黄花槐，当对煤矸石边坡进行微生物和苯丙乳液固化改良（方式 2）时，高羊茅的长势最好，其次为狗牙根，紫穗槐、黄花槐和多花木兰的长势较差，当对煤矸石边坡进行微生物和纯丙乳液固化改良（方式 3）时，狗牙根的长势最好，其次为高羊茅，紫穗槐、黄花槐和多花木兰的长势较差；相同植被在方式 3 下的长势最好，其次方式 2，最差的为方式 1，这说明微生物+固化处理方式可以明显改善植物的生长环境，将土壤酸性环境改善为碱性环境，同时降低重金属等污染物的含量，而纯丙乳液相比苯丙乳液固化剂，更能促进植物的生长。3.2 抗冲刷性能试验结果不同处理方式土壤在不同降雨强度下的土体冲刷量试验结果见图 2。020406080100方式1方式2方式3降雨强度/（L h-1）方式 1方式 2方式 3土体冲刷量/g100806040200200 250 300 350 400图 2 不同处理方式土体冲刷量对比从图 2 中可知，相同处理方式下，随着降雨强度的增加，土体的冲刷量逐渐增大，当降雨强度从200 L/h 加大至 400 L/h 时，方式 1、方式 2、方式 3 的土体冲刷量增量分别为 32.2 g、25.2 g 和 11.2 g；相同降雨强度下，土体冲刷量从大到小依次为方式 1、方式 2 和方式 3，未经固化处理的边坡冲刷量很大，经过固化剂处理后，边坡土体的冲刷深度和冲沟数量明显减小，抗冲刷能力明显提升，在降雨强度为 400 L/h时，方式 2 较方式 1 的土体冲刷量减少 53.5%，方式3 相比方式 1 的土体冲刷量减少 75%。3.3 处理方式选取从模型箱种植试验和抗冲刷性能试验结果可知，直接采取生态防护措施时，由于煤矸石所提供的生长环境太差，导致植被长势较差，根系不发达，必然导致边坡抗冲刷能力弱、易失稳，而采取微生物和固化处理后，植被长势明显变化，边坡的植被生长环境得到改善，同时在经过固化处理后，抗冲刷能力明显增强，因此采取微生物+固化处理是有必要的，而且纯丙乳液相比苯丙乳液固化剂，更能促进植物的生长，固化效果也更好，因此最终决定在现场采用复合微生物+纯丙乳液对煤矸石进行固化改良，然后再进行客土喷播3。4 现场施工及效果4.1 施工工艺（1）准备工作，对边坡进行平整，并对坡面进2022 年第 6 期山东交通科技-111-行适当湿润。（2）按照 1 3 的比例稀释复合微生物菌液，然后将稀释后的复合微生物菌液均匀喷洒至煤矸石边坡表面，每平方米用量为 1 kg。（3）选用聚灰比为 1.2 的纯丙乳液，外掺一定量的消泡剂和成膜助剂，充分搅拌之后也均匀喷至坡面，喷洒厚度约为 5 cm，每平方米用量为 12 kg，首次喷涂后进行养护，养护时间不低于 7 d。（4）锚杆施工，主锚杆的水平和纵向间距均为 2.5 m，次锚杆的水平和纵向间距均为 1.2 m，锚杆与坡面垂直打设。（5）挂网施工，在初次喷射好的坡面铺设一层钢筋网，钢筋网用锚杆进行固定。（6）对坡面补喷高分子固化剂，以保证施工效果。（7）配制植生基材，土壤有机质废料黏结剂胶结材辅助黏结剂为 155 12.3 20.6 1.2 1.2 1.2，配制混合草种，高羊茅狗牙根黄花槐紫穗槐多花木兰为 20 30 15 15 20。（8）客土喷播，将配制好的植生基材和混合草种拌制成泥浆，然后进行喷播，每次喷播宽度为 5 m，喷播厚度为 10 cm。4.2 效果评价对该边坡施工 1 a 后进行复检，植物长势良好，覆盖率高，坡面雨水冲刷痕迹不明显，坡面环境质量得到明显改善，表明采用微生物+纯丙溶液固化剂对煤矸石边坡进行客土喷播防护效果显著，取得了较好的生态恢复效果。5 结语（1）复合微生物菌液可对煤矸石中的重金属等污染物进行有效降解，改善植被的生长环境。（2）采用固化剂对煤矸石进行固化改良，可有效减少土体冲刷量，抗冲刷能力明显提升；纯丙乳液固化剂的固化效果优于苯丙乳液固化剂。（3）现场施工过程中应注意植生基材和混合草种的配制，在挂网施工结束后需要对坡面多次补喷高分子固化剂，才能有效保证施工效果。参考文献：1 林江宇,吴勇,马鑫文,等.降雨条件下煤矸石高边坡稳定性评价J.科学技术与工程,2021,21（34）:14775-14782.2 杨果林,陈子昂,段君义,等.格宾网加筋煤矸石界面剪切特性及路堤边坡稳定性研究J.煤田地质与勘探,2021,49（6）:186-192,199.3 刘益芳,易文,眭子凡.煤矸石边坡生态防护施工技术研究J.大众标准化,2020（15）:88-89.（上接第 102 页）幅 34-1、4#桩基水平位移均较接近桩基允许水平位移 6 mm4，而当盾构掘进面土压力为 500 kN/m2时，主桥左右幅 34-1、4#桩最大水平位移分别为 6.62 mm、7.00 mm、8.45 mm、9.15 mm，均已超过既有桩基允许位移 6 mm4，因此，建议本项目进行盾构隧道施工时掘进面土压力不超过 400 kN/m2，且掘进面土压力接近 400 kN/m2时，应密切关注桩身水平位移，防止盾构施工对既有高架桥桩基产生过大 影响。3 结语（1）在盾构施工过程中施工参数掘进面土压力会对隧道区域以外一定范围内的桩基产生推挤作用，与盾构隧道施工区域相对应的桩基位置处明显产生向外的挠曲变形，且沿桩身深度水平位移呈桩顶最小、盾构施工对应位置处最大、桩端次之的分布规律。（2）随着盾构施工断面与既有桩基距离的临近，掘进面土压力对桩基的推挤作用愈发明显。（3）盾构施工掘进面土压力对桩基竖向位移的影响较小，可以忽略，但随着掘进面土压力的增加，邻近桩基产生的水平位移呈非线性增加趋势，过大的掘进面土压力会明显影响既有高架桥桩基的安全。参考文献：1 LEE Y J,RICHARD H.Influence zones for 2D pile-soil-tunneling interaction based on model test and numerical analysis.Thunneling and Underground Space Technology,2006（7）:1016-1034.2 马亚丽.盾构隧道开挖对邻近桩基影响的数值模拟研究D.大连:大连理工大学,2012.3 李龙剑.基坑开挖对邻近桥梁桩基的影响分析J.地下空间与土木工程学报,2011（S2）:1697-1701.4 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑桩基技术规范:JGJ 942008S.北京:中国建筑工业出版社,2008.